Biofísica das soluções e difusão

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Biofísica para Farmácia
Profa. Yraima Cordeiro
Biofísica das soluções
� Difusão
� Osmolaridade
� Pressão osmótica
� Gradientes eletroquímicos
Exemplo de difusão através de uma membrana celular
Bibliografia
• Princípios de Bioquímica, Lehninger.
• Martin: Físico-farmácia e Ciências Farmacêuticas 
(Ed. Patrick J. Sinko)
Difusão de Substâncias nas Ciências Farmacêuticas
• Difusão de fármacos através de membranas poliméricas;
• Transporte do fármaco e do solvente através da pele;
• Transporte de fármacos e nutrientes nas membranas do cérebro, intestino, 
rins e fígado;
• Mistura de um fármaco em solução com o conteúdo intestinal;
• Difusão através de membranas biológicas:
• ADME
Liberação elementar de fármacos: 
desagregação, desintegração, difusão e dissolução.
Membrana celular
Ácidos graxos livres, 
lisofosfolipídios, detergentes
Glicerofosfolipídios
Esfingolipídios
Proteínas de membrana
� Periféricas (ex. Anexinas)
� Integrais (exs, integrinas, caderinas, selectinas)
Integrais
Tipos I a VI
Transporte através de membranas
Transporte ativo – ATP-driven pumps
Proteínas que formam canais – 108 mols / segundo (canal de K+)
Transportadores passivos – 102 a 104 mols/ segundo
Difusão através de membranas biológicas
� Difusão simples, que não requer um canal protéico;
� Difusão facilitada;
� Difusão de íons através de canais iônicos; 
� Difusão no sistema respiratório – nos alvéolos do pulmão, devido a 
diferenças nas pressões parciais na membrana alvéolo-capilar, oxigênio 
difunde para o sangue e dióxido de carbono difunde para fora;
DIFUSÃO
É a ação da matéria (partículas ou moléculas), calor, momento, ou luz que 
objetiva minimizar um gradiente de concentração.
O processo de difusão, minimiza a energia livre de Gibbs (é um processo 
espontâneo) também conhecido como forma de transporte “passivo” ao invés de 
“ativo”:
Movimento de partículas de uma área de alta concentração para uma 
área de menor concentração até que o equilíbrio seja alcançado.
Em todos os tipos de difusão, o fluxo da quantidade transportada (átomos, energia 
ou elétrons) é igual à propriedade física (difusibilidade, condutividade térmica, 
condutividade elétrica) multiplicada por um gradiente (uma concentração, ou um 
campo de gradiente elétrico ou térmico).
Segunda lei da termodinâmica
• A segunda lei da termodinâmica preconiza que, em um 
processo espontâneo, a entropia do universo aumenta. Uma 
mudança na entropia do universo é igual à soma da mudança 
de entropia num determinado sistema e a mudança de entropia 
na vizinhança. 
*sistema - parte do universo a ser analisado;
*vizinhança - todo o restante do universo. 
∆G = ∆H – T∆S
∆G = -RTlnKeq
Entropia
reflete o grau de desordem
� Difusão através de membranas: a 
taxa de difusão será proporcional ao 
gradiente de concentração através da 
bicamada lipídica e de sua 
hidrofobicidade.
Baixa especificidade – qq
pequena molécula pode ser 
transportada. Viscosidade do 
interior hidrofóbico, taxa de difusão 
↓ do que em H2O. Coeficiente de partição, K = Cm/Caq
Taxa de difusão passiva através da membrana (mol/seg)
dn/dt = PA(C1aq-C2aq)
P, coeficiente de permeabilidade (cm/s)
A, área da membrana (cm2)
x, espessura da membrana (cm)
D, coeficiente de difusão (cm2/s)
Fluxo dentro da membrana dn/dt = D/x.(A)(C1m-C2m)
Se K=Cm/Caq = C1m/C1aq ou C2m/C2aq:
dn/dt = KD/x.(A)(C1aq-C2aq)
Então, P=KD/x
A taxa de difusão de qualquer substância através da membrana será proporcional ao seu coeficiente 
de permeabilidade P. Como D e x são os mesmos para a maioria das substâncias, a taxa de difusão
de qualquer substância será então proporcional ao seu coeficiente de partição K. Quantitativamente, 
a taxa de difusão passiva de uma molécula hidrossolúvel é proporcional a sua hidrofobicidade.
H2O/ hexano
(CH3(CH2)4CH3)
Moléculas pequenas
Moléculas grandes